EP1078306B1 - Verfahren und vorrichtung zur sequenzen-erstellung für numerisch gesteuerte maschinenwerkzeuge - Google Patents

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EP1078306B1
EP1078306B1 EP99921129A EP99921129A EP1078306B1 EP 1078306 B1 EP1078306 B1 EP 1078306B1 EP 99921129 A EP99921129 A EP 99921129A EP 99921129 A EP99921129 A EP 99921129A EP 1078306 B1 EP1078306 B1 EP 1078306B1
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    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B19/00—Programme-control systems
    • G05B19/02—Programme-control systems electric
    • G05B19/18—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form
    • G05B19/4097—Numerical control [NC], i.e. automatically operating machines, in particular machine tools, e.g. in a manufacturing environment, so as to execute positioning, movement or co-ordinated operations by means of programme data in numerical form characterised by using design data to control NC machines, e.g. CAD/CAM
    • G05B19/4099—Surface or curve machining, making 3D objects, e.g. desktop manufacturing

Definitions

  • the present invention refers to a process and an apparatus for creating sequences of working directives for numerically controlled machine tools.
  • Object of the present invention is thereby solving the above prior art problems, providing a process and an apparatus that reduce realization costs of working paths for numerically controlled machine tools.
  • a further object of the present invention is optimizing the development of human resources potentialities applied to the above realization, on one hand increasing the Spotifyization and therefore the satisfaction of workshop operators in these preparation steps, and on the other hand maintaining for CAM operators a general addressing function in preparing working orders.
  • an embodiment of a system to carry out the invention comprises, as is well-kow in the art, a work-station 1, that can be commonly composed of a Central Processing Unit (CPU) 3, a video 5 and a keyboard 7.
  • the work-station 1 is connected through lines 9 or equivalent means to a computerized numerically controlled unit 11, that can be also composed of a CPU with video and keyboard, which is in turn connected to a machine tool 13, for example a milling machine.
  • the apparatus of the present invention is located partly into the work-station 1, for all aspects related to design and definition of working steps by a CAM operator, and partly into the computerized numerically controlled unit 11, for all aspects related to recalibration of parameters relating to working stages and to the generation and execution of tool paths associated therewith by a workshop operator.
  • the apparatus for creating working paths for numerically controlled machine tools of the invention comprises, first of all, in a known way, means for reading a mathematical description of an object to be worked.
  • These means are composed, for example, by a file written complying with one of the formats for describing mathematical surfaces, like IGES (Initial Graphics Exchange Specification) or VDA-FS (Verband der Automobilindustrie Flaechen Thomasstelle).
  • the apparatus further comprises means for computing the internal mathematical model of the object based on data obtained from the means for reading the mathematical description; these means comprise algorithms of a general and known type, suitable to approximate mathematical surfaces with adequate representations. In practice, this step could also be removed or anyway could be a lot different from one system to another.
  • means for preparing the working area for the object to be worked starting from the computed mathematical model comprise general known algorithms for managing the operator interface that are adapted to allow defining the areas themselves by means of pointing devices (like mouses or graphic tablets), or inserting through a keyboard parameters and their related values suitable to describe the area.
  • Means are then provided for defining working parameters based on the object to be worked and on the prepared working area, which means comprise specific algorithms adapted to store into a text file a plurality of parameters and their related values defined by the operator for the current working.
  • one of the novel aspects of such operation is that the values of such parameters are adapted to be modified by the end user, being stored into a file of parameters and values that is displayed on a screen under the form of windows that are adapted to be modified according to common methods in the art.
  • the file of parameters and values is displayed on the screen under the form of a program that is adapted to be directly modified by the user.
  • the inventive apparatus further comprises means for creating working paths based on the prepared working area and on the prepared working parameters; these means in a pratical embodiment comprise algorithms adapted to write a file containing a plurality of parameters and their related values into an ordered sequence in order to allow to a numeric control to interpret them and to consequently move the tool.
  • the file is written into one of the formats that are commonly interpreted by numeric controls (for example ISO 6983), and an example of a tool path being generated is shown in Table II.
  • the apparatus comprises means for using, by the end user, the working paths being created to control the machine tool to realize the object, according to the common practice in the field.
  • the means for using working parameters allow, in a novel way, a stage-by-stage usage by the end user, that is enabled to modify the parameter values in each one of the working stages according to the practical results that he wishes to obtain.
  • the flexibility of the apparatus of the present invention implies that all the above means for reading the mathematical description, for computing the model, for preparing the working area, for defining the working parameters and for creating the paths, translate and express their own control data into a plurality of parameters with related values that are adapted to be modified by the end user.
  • the apparatus of the invention allows dividing the tasks in a CAM environment into two different phases: in the first one, the CAM operator with specific design knowledges, by complying also with company directives, defines strategies and all parameters for generating tool paths; in the second phase, aboard the machine, the workshop operator receives what has been defined in the first phase and starts the process of generating the paths with their following operation on the numerically controlled machine, with the chance of intervening for a possible modification of the above parameters in order to better cope with the current working needs, for example by revising what has been defined, adding or removing some stages, etc.

Claims (16)

  1. Vorgehensweise für die Erzeugung von Arbeitsbefehlsequenzen für Werkzeugmaschinen mit numerischer Kontrolle, wobei dieser Vorgang folgende Phasen einschließt:
    Ablesung einer mathematischen Beschreibung eines zu bearbeitenden Teils;
    Vorbereitung eines Arbeitsbereichs für dieses Teil auf Grund eines vorgegebenen, mathematischen Modells;
    Festlegung der Bearbeitungsparameter auf Grund des zu bearbeitenden Teils und des vorbereiteten Arbeitsbereichs;
    Erzeugung von Bearbeitungspfaden auf Grund des besagten, vorbereiteten Arbeitsbereiches und der besagten Bearbeitungsparameter, die vom Techniker erschaffen oder durch den Endverbraucher verändert wurden und
    Benutzung der Werkzeugmaschinenkontrolle für Steuerung der Werkzeugmaschine laut den Bearbeitungspfaden, die vom Techniker geschaffen oder vom Endverbraucher verändert wurden,
    und durch die Tatsache charakterisiert ist, dass die besagte Festlegungsphase folgende Phasen einschließt:
    Eingabe der Bearbeitungsdaten und technologischen Daten für das anzufertigende Teil durch einen Bediener;
    Übersetzung dieser Bearbeitungsdaten und technologischen Daten in eine Vielzahl von technologischen Parametern mit betreffenden Werten, wobei diese Parameter alles technologische Bearbeitungsparameter des CN sind, diesen Parameter Werte beigeordnet sind, da sie in einer Datei gespeichert sind, und die besagten Werte der besagten Parameter durch den Endverbraucher verändert werden können;
    und weiterhin dadurch charakterisiert ist, dass sie nach der besagten Festlegungsphase eine weitere eventuelle Veränderungsphase - je nach Anforderungen der Bearbeitung und mit Ausführung durch den Endverbraucher - der besagten Parameterdatei mit allen für die mit CN-Standard ausgeführten Bearbeitungsprogramme beigeordneten Werten enthält, die schrittweise für jede Bearbeitungsstufe von der Werkzeugmaschine ausgeführt wird.
  2. Vorgehensweise gemäß der Beanspruchung 1, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass sie nach der Ablesephase die Berechnungsphase eines mathematischen Modells des besagten Gegenstandes auf Grund der Ablesedaten der mathematischen Beschreibung umfasst, wobei die besagte Vorbereitungsphase zur Arbeitsbereichvorbereitungsphase für das Teil aus. dem berechneten mathematischen Modell wird.
  3. Vorgehensweise gemäß der Beanspruchung 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Datei der Parameter und Werte auf dem Bildschirm in Form eines veränderlichen Fensters erscheint.
  4. Vorgehensweise gemäß der Beanspruchung 3, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die Parameter und Werte auf dem Bildschirm in Form eines Programmes erscheinen, das verändert werden kann.
  5. Vorgehensweise gemäß der Beanspruchung 1 oder 2, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass alle besagten Ablesphasen der mathematischen Beschreibung, die eventuelle Berechnung eines Modells, die Vorbereitung des Arbeitsbereichs, die Festlegung der Bearbeitungsparameter und die Erzeugung der Pfade in eine Vielzahl von Parametern mit betreffenden Werten übersetzt bzw. ausgedrückt werden können, die vom Endverbraucher verändert werden können.
  6. Vorgehensweise gemäß einer beliebigen der vorhergehenden Beanspruchungen, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass der Endverbraucher ein mit der Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen mit numerischer Kontrolle beauftragter Werkstattarbeiter ist und dass der Bediener ein CAM-Techniker ist.
  7. Gerät (1, 11) für die Erzeugung einer Arbeitsbefehlsequenz für Werkzeugmaschinen mit numerischer Kontrolle (13), das folgendes einschließt:
    Mittel (1) für die Ablesung der mathematischen Beschreibung eines zu bearbeitenden Teils;
    zusätzliche Mittel für die Berechnung eines mathematischen Modells des besagten Teils auf Grund der Ablesung der mathematischen Beschreibung durch die besagten Mittel (1);
    Mittel (1) für die Vorbereitung eines Arbeitsbereichs für das besagte Teil aus dem vorgegebenen, mathematischen Modell;
    Mittel (1) für die Festlegung der Bearbeitungsparameter auf Grund des zu bearbeitenden Teils und des vorbereiteten Arbeitsbereiches;
    Mittel (11) für die Erzeugung von Bearbeitungspfaden auf Grund des besagten, vorbereiteten Arbeitsbereich und der besagten Bearbeitungsparameter, die vom Techniker erzeugt oder vom Endverbraucher verändert wurden, und
    eine Werkzeugmaschinenkontrolle (11) für Steuerung der Werkzeugmaschine (13) zufolge der vom Techniker erzeugten oder durch den Endverbraucher veränderten Bearbeitungspfaden;
    gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagten Definitionsmittel (1) noch folgendes enthalten:
    Mittel (1) für die Eingabe der Bearbeitungsdaten und technologischen Daten für das zu bearbeitende Teil durch den Bediener;
    Mittel (1) für die Übersetzung der Bearbeitungsdaten und technologischen Daten in eine Vielzahl von technologischen Parametern mit den betreffenden Werten, wobei alles technologische CN-Bearbeitungsparameter sind und diese Parameter mit beigeordneten Werten in einer Datei gespeichert sind und die besagten Werte der besagten Parameter durch den Endverbraucher verändert werden können;
    und gekennzeichnet durch die Tatsache, dass noch weiterhin Mittel (11) für die eventuelle Veränderung dieser Dateien mit Parametern und beigeordneten Werten für alle standardmäßigen CN Bearbeitungsprogramme, je nach Anforderungen der Bearbeitung und durch Ausführung durch den Endverbraucher, eingeschlossen sind, wobei diese Veränderungsmittel (11) stufenweise für jedes Bearbeitungsstadion der besagten Werkzeugmaschine aktiviert werden können.
  8. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagte Datei mit Parametern und Werten auf einem Bildschirm in Form eines veränderlichen Fensters erscheint.
  9. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagte Datei mit Parametern und Werten auf einem Bildschirm in Form eines veränderlichen Programms erscheint.
  10. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagten Mittel (1) für die Ablesung der mathematischen Beschreibung eines zu bearbeitenden Teils eine Datei enthalten, die in einem Format für die Beschreibung von mathematischen Flächen wie IGES oder VDA abgefasst ist.
  11. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass besagte Mittel (1) für die Berechnung des mathematischen Modells des betreffenden Teils allgemeine Algorithmen enthalten, die in der Lage sind, mathematische Flächen ungefähr mit gleichwertigen geometrischen Darstellungen anzugeben.
  12. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagten Mittel (1) für die Vorbereitung des Arbeitsbereichs für das besagte Teil des berechneten mathematischen Modells allgemeine Algorithmen für die Verwaltung der Schnittstelle gegenüber dem Bediener enthalten, die in der Lage sind, die Definition der Bereiche selbst durch Punktvorrichtungen oder Eingabe der Parameter und der betreffenden Werte, die sie beschreiben, durch die Tastatur zu ermöglichen.
  13. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagten Mittel (1) für die Festlegung der Bearbeitungsparameter auf Grund des zu bearbeitenden Teils spezifische Algorithmen einschliessen, die eine Vielzahl von Parametern und ihre betreffende Werte, die vom Bediener für die betreffende Bearbeitung bestimmt wurden, in einer Textdatei speichern.
  14. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass die besagten Mittel (11) für die Erzeugung von Bearbeitungspfaden Algorithmen einschliessen, die in der Lage sind, eine Datei mit einer Vielzahl von Parametern und ihren betreffenden Werten in einer geordneten Sequenz abzufassen, um einer numerischen Kontrolle (11) ihre Verwertung und die daraus folgende Bewegung des Werkzeugs zu ermöglichen, da diese Datei in einem der normalerweise von der numerischen Kontrolle (11) ausgewerteten Format abgefasst ist
  15. Gerät (1, 11) laut Beanspruchung 7, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass alle besagten Mittel (1, 11) für die Ablesung der mathematischen Beschreibung, eventuelle Berechnung eines Modells, Vorbereitung eines Arbeitsbereichs, Festlegung der Bearbeitungsparameter und Pfaderzeugung die eigenen Kontrolldaten mit einer Vielzahl von Parametern mit den betreffenden Werten übersetzen bzw. ausdrücken, die vom Endverbraucher verändert werden können.
  16. Gerät (1, 11) laut Beanspruchungen 7 bis 15, gekennzeichnet durch die Tatsache, dass der Endverbraucher ein Werkstattarbeiter ist, der mit der Bearbeitung auf Werkzeugmaschinen mit numerischer Kontrolle betraut ist und dass der Arbeiter ein CAM-Techniker ist.
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